铜基纳米材料的制备及其电化学性能的研究
随着当代物质生活水平的提高，人们对能源的需求日益增长。氢能一直被认为是解决能源短缺和环境问题的理想清洁能源之一，燃烧时只产生水，不产生任何污染物。电解水提供了一种产生氢气的有效方法，这需要高催化活性的贵金属Pt和Ir基催化剂分别作为阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)的催化剂，然而，贵金属基催化剂的高成本和稀缺性严重阻碍了它们的大规模应用。因此开发一种用于整体水分解的低成本和高效率的双功能催化剂显得尤为重要。为了克服由金属纳米颗粒聚集引起的催化活性的降低，通常使用具有较大比表面积和有效电子转移的3D电极作为基底，其中碳纸，碳布，泡沫镍，泡沫铜都是常用的3D电极。这里，我们以泡沫铜为基底，研究了铜基纳米材料在水电解领域的应用。 1.我们制备出一种在泡沫铜基底上原位生长Ru掺杂Cu2+1O的垂直排列的纳米管阵列（Ru/Cu2+1O NT/CuF），并进一步研究它用于电解水催化剂的催化性能。Ru/Cu2+1O NT/CuF对HER和OER均具有很好的催化活性，使用Ru/Cu2+1O NT/CuF作为水分解双功能电催化剂的碱性电解槽仅需1.53V电压即可提供10mA cm-2的电流密度，远远低于目前工业上大规模使用的贵金属IrO2(+)/Pt(-)双功能催化剂对应的电压（提供10mA·cm-2的电流密度需要1.64V的电压）。 2.我们制备出一种镍铜磷化物纳米片(NiCuP NSs/CuF)，并进一步研究它作为水电解催化剂的催化性能。通过研究表明，NiCuP NSs/CuF对HER和OER均具有很好的电催化活性，使用NiCuP NSs/CuF作为电解水双功能电催化剂的碱性电解槽仅需1.51V的电压即可达到10mA·cm-2的电流密度，催化性能远远优于目前工业上大规模使用的贵金属IrO2(+)/Pt(-)电解水双功能催化剂（提供10mA·cm-2的电流密度需要1.64V的电压）。
电解水制氢;双功能催化剂;铜基纳米材料;制备工艺;电化学性能
北京化工大学
硕士
化学工程
曹达鹏;杨梅红
2020
中文
TQ116.21
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）